Per Spiegel zu besseren Lichtteilchen
Photonen-Ausbeute an Stickstoff-Fehlstellen von drei auf fünfzig Prozent gesteigert.
Seit einigen Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, den Spin von Elektronen zu nutzen, um damit Informationen zu speichern und zu verarbeiten. Ein möglicher Ansatz ist es, ein Quantensystem zu nutzen, bei dem der Quantenzustand des Elektronenspins mit dem von ausgesandten Photonen verbunden ist. Als bewährte Struktur für diesen Ansatz, in der sich Elektronenspins leicht auslesen und manipulieren lassen, gelten Stickstoff-
Abb.: NV-Zentren in Diamanten haben die besondere Eigenschaft, dass der Zustand des Elektronenspins über die von ihnen ausgesendeten Lichtteilchen ausgelesen werden können. (Bild: U. Basel)
Für die Quanteninformationsverarbeitung sind NV-Zentren besonders interessant, weil sich damit einzelne Photonen aussenden lassen, die Informationen über den Zustand ihres Elektronenspins mit sich tragen. Diese Photonen wiederum können dadurch eine quantenmechanische Verschränkung zwischen verschiedenen NV-Zentren herstellen, die auch über große Distanzen bestehen bleibt und somit zur Datenübertragung genutzt werden kann.
Für eine Verwendung in der Quanteninformationstechnik muss jedoch die Quantität und vor allem auch die Qualität der ausgesandten Photonen deutlich verbessert werden, da bisher nur ein Bruchteil der Photonen für die Erzeugung einer Verschränkung genutzt werden kann. Daniel Riedel von der Uni Basel ist es jetzt gelungen, die Ausbeute der verwendbaren Photonen dieser NV-Zentren von bisher drei auf fünfzig Prozent zu steigern. Zudem konnte Riedel die Rate, mit der die Photonen emittiert werden, fast verdoppeln.
Er erreichte die signifikanten Verbesserungen, indem er einen nur einige hundert Nanometer großen Diamanten zwischen zwei winzige Spiegel platzierte. Bereits vor zehn Jahren war theoretisch beschrieben worden, dass die Platzierung der NV-Zentren in einem Hohlraum die Ausbeute der Photonen steigern müsse. Jedoch war es bisher keiner Forschungsgruppe gelungen, die Theorie in die Praxis umzusetzen. „Wir haben eine wichtige Hürde auf dem Weg zum Quanteninternet genommen“, erklärt Richard Warburton von der Uni Basel. Und sein Kollege Patrick Maletinsky ergänzt: „Die einzigartige Kombination von Knowhow im Bereich der Photonik, der besonderen Diamantstrukturen sowie der Nanofabrikation hier in Basel hat es ermöglicht, dass wir diese seit zehn Jahren bestehende Herausforderung erstmals meistern konnten.“
U. Basel / RK
